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12×15MW水电站电气一次部分设计前言---------------------------------------------------------------------------------------------4第一章发电厂电气主接线设计---------------------------------------------------------6第一节主接线的方案概述---------------------------------------------------------6第二节初步拟定供选择的主接线方案-----------------------------------------9第三节主接线的方案的技术经济比较----------------------------------------10第四节厂用电源接线及坝区供电方式----------------------------------------12第二章短路电流计算--------------------------------------------------------------------12第一节短路电流计算概述-------------------------------------------------------13第二节短路电流计算---------------------------------------------------------------13第三章导体、电器设备选择及校验---------------------------------------------------21第一节导体、设备选择概述-------------------------------------------------------21第二节导体的选择与校验-------------------------------------------------------22第三节电器设备的选择与校验------------------------------------------------24第四节导体和电气设备的选择成果表----------------------------------------34第四章发电厂（升压站）配电装置设计---------------------------------------------35第一节配电装置类型及特点-----------------------------------------------------35第二节配电装置的设计-------------------------------------------------------------36第五章继电保护、自动装置、测量表计及同期系统的配置规划------------------------------------------38第六章过电压保护和接地-----------------------------------------------------------------46参考文献---------------------------------------------------------------------------------------------48附图：一、主接线方案比较图二、电气主接线图三、继电保护配置图四、自动装备配置图五、计算机监控系统图六、高压配电装置平面布置图七、高压配电装置剖面图（一）八、高压配电装置剖面图（二）2前言一、本毕业设计的目的与要求：本毕业设计是电气工程及其自动化专业学生在完成本专业教学计划的全部课程教学、课程设计、生产实习、毕业实习的基础上，进一步培养学生综合运用所学理论知识与技能，解决实际问题能力的一个重要环节。通过毕业设计，使学生理论联系实际，系统、全面的掌握所学知识，培养学生分析问题的能力、工程计算的能力和独立工作的能力。使学生树立工程观点、社会主义市场经济观点，初步掌握发电厂（变电所）电气部分的设计方法，并在计算、分析和解决工程问题的能力方面得到训练，为今后从事电力系统有关设计、运行、科研等工作奠定必要的理论基础。二、设计内容：1、电气主接线的设计；2、短路电流计算；3、电器选择；4、高压配电装置的布置与电厂电气设施的总平面布置设计；5、继电保护装备、自动装置与测量表计配置设计；6、同期方式设计；7、避雷器的选择和设计；三、设计成品：1、说明书，包含总论、主接线选择、短路电流计算、电器设备选择、高压配电装置设计、继电保护自动装置配置、同期方式、防雷保护等；2、图纸，包括：电气主接线图、全厂继电保护自动装置测量表计图、高压配电装置平面图和断面图、发电厂的全厂手动准同期接线图。四、原始资料：3第一章发电厂电气主接线设计§1-1主接线的方案概述简述：电气主接线代表了发电厂或变电站电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，其直接影响发电厂或变电站运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟订有决定性的关系。对电气主接线的基本要求包括可靠性、灵活性和经济性三个方面，本次设计根据《水电站机电设计手册》、《电力工程设计手册》以及相关参考书目的规定，结合设计任务的要求拟订2-3个可行的主接线方案，进行技术和经济比较，得出最佳接线方案。本次设计所给皂角湾水电厂原始资料如下：1、装机台数和容量为：2×15MW取额定电压UN=10.5kV2、机组年利用小时数；T=4000小时3、气象条件；水电站所在地区，海拔1000m；本地区污秽等级2级；地震裂度7级；最高气温36°C；最低温度−2.1°C；年平均温度18°C；最热月平均地下温度20°C；年平均雷暴日56日/年；其他条件不限。4、功率因数；cosϕ=0.85、接入系统电压等级；110KV6、110KV输电距离20km；7、接入系统容量和归算后电抗；S=2500MVA，X*=0.3一、对原始资料的分析：本设计水电站为中、小型水力发电厂，其容量为2×15MW，年利用小时数为TMAX=4000小时。当电站建成投产后，其装机容量将占系统总容量的0.8%；说明该厂在未来电力系统中的作用和地位并非十分重要，从而该厂主接线设计的侧重点应该在经济性和灵活性。本次设计的重点是：水电厂高低两级电压电气主接线的拟订和水电厂机端10.5KV电压配电装置、110KV高压配电装置、厂用电配电装置等设备的选择。难点是：对电厂整个电气主接线的短路电流计算及各种电器的继电保护配置。二、发电机与主变压器的接线形式的确定：本次设计发电机的形式根据水电厂实际情况采用合适型号，因其单机容量为10MW，无厂用电分支，其机端电压等级采用10.5KV。根据发电厂主变压器确定原则：本次设计按以无扩建可能和机组台数较多等因数考虑，发电厂主变台数定为1—2台，总容量应大于或等于电厂总装机容量（=25MVA）。采用10.5kV/110kV两级电压，三相双绕组变压器。三、主接线方案初步拟订：在对设计原始资料分析的基础上，结合对电力系统电气主接线的可靠性、经济性及灵活性等基本要求综合考虑，在满足技术、经济政策的前提下，本次设计力争使其成为技术先进，发电可靠、经济合理的主接线方案。可靠发电是本设计水电厂应该考虑的首要问题，兼顾到经济性和水电厂升压站场地狭窄等问题，设计主接线应保证其丰期满发，不积压发电能力。主接线方案从以下几个4方面考虑：1、线路、断路器、主变或母线故障或检修时，对机组的影响，对发电机出力的影响。2、本水电厂有无全厂停电的可能性。3、主接线是否具有足够的灵活性，能适应各种运行方式的变化，且在检修事故状态下操作方便，调度灵活，检修安全等。4、在满足技术要求的前提下，尽可能考虑投资省、占地面积小，电能损失小和年运行费用少。5、是否适宜于实现自动化和实现无人值守。通过对原始资料的分析，现将各电压等级可能的较佳方案列出，进而优化组合，形成最佳可比方案。§1-2初步拟定供选择的主接线方案根据电站的装机台数和出线回路数及上述资料，拟定两个电气主接线方案进行比较：1、接线方案：方案Ⅰ：发电机变压器采用扩大单元接线，通过一台容量为25MVA的主变压器升压至110kV，110kV侧采用单母线接线。方案Ⅱ：发电机变压器采用单元接线，分别接容量为12.5MVA的主变压器各一台，110kV侧母线采用单母线接线。电气主接线方案比较见图：主接线方案比较图。§1-3主接线的方案的技术经济比较电气主接线方案的技术、经济比较如下：一、技术比较（一）、方案Ⅰ：发电机、变压器采用扩大单元接线，110kV侧采用单母线接线，其优缺点如下：1、优点：①接线简单清晰，运行方便，只有一台主变压器；②升压站占地面积相对较小，布置方便；③110kV设备相对少、投资较少，维护费用低；5④继电保护比较简单，维护工作量小。2、缺点：①主变压器或断路器检修或故障时，必须全厂停机，使本站的电能无法送出。②运行灵活性、供电可靠性较方案Ⅱ略差。③只能获得一个厂用电电源点，需引接外来电源作为厂用备用电源。（二）、方案Ⅱ：发电机、变压器采用发—变组单元接线，110kV侧母线采用单母线接线；其优缺点如下：1、优点：①接线简单清晰、供电可靠性高；②一台主变故障或检修只影响一台发电机运行，仍有部分电能送出；③厂用电源分别从主变低压侧取得，提高了厂用电的可靠性。2、缺点：①需设两台主变，占地面积较大；②110kV设备布置较方案Ⅰ复杂；③投资和年运行维护费相对较高。二、经济比较各方案经济比较见表1-1方案经济比较表表1-1序号项目方案Ⅰ方案Ⅱ1主变压器(台)12210．5KV断路器柜(台)44310．5KV互感器柜(台)544110kV断路器设备（组）235主要设备投资（万元）2312966主要设备投资差（万元）0657年运行维护费（万元）33.0240.748年运行维护费差（万元）0+7.729主变年电能损失（万kW·h）48.4856.5310主变年电能损失费（万元）12.1214.1311主变年电能损失费差（万元）0+2.01经过技术和经济比较：方案Ⅰ投资较低，方案Ⅱ投资较高；方案Ⅰ的接线简单清晰、6运行方便，供电的可靠性、灵活性比方案Ⅱ略低；方案Ⅱ的供电可靠性、灵活性较高，但是占地面积大。根据该电站高压侧出线回路数少，高压侧接线应简单、清晰、操作方便等特点，推荐采用方案Ⅰ为主接线方案，即：发电机—变压器扩大单元接线，110kV侧采用单母线接线。推荐发电机、变压器组合接线方案见“电气主接线图”。§1-4发电机、主变及厂变的选择一、发电机的选择及主要参数：根据设计题目所给参数，查阅相关资料，本设计确定发电机形式如下：发电机型号台数额定容量额定电压额定功率因数电抗标么值TS550/79-28215MW10.5KV0.80.204二、主变压器的选择及主要参数：主变压器型号：SFP7-40000KVA；额定容量：40000KVA；额定电压比：121/10.5kV调压形式：无载调压调压范围：121±2×2.5%/10.5kV接线组别：Yn,d11冷却方式：强迫风冷三、厂变选择：根据题目要求，厂用电率为1.1%，即为P=30×0.011=0.33MW，本厂无高压电机之类负荷，厂用电电压等级按0.4/0.22KV考虑。查阅相关资料，选取厂变型号及参数如下：型号：S9-600；额定容量：600KVA；额定电压比：10.5/0.4kV调压形式：无载调压调压范围：10.5±2.5%/0.4kV接线组别：Yn,d11§1-5厂用电源接线方式为提高厂用电的可靠性，在厂房内设置两回厂用电源，一回通过一台厂用变压器接7于10.5kV扩大单元母线上，另一回电源取自待建电站邻近1km处的已建电站，作为备用厂用电源。两电源作为全厂低压设备的主电源和备用电源，在副厂房设置8面PSM型固定式低压开关柜，向全厂厂用负荷供电。本电站闸首距厂址5km，首部枢纽可靠性要求不高，通过厂用400V母线，通过